1. Класифікація, властивості та біологічна роль вітамінів
Сучасна класифікація вітамінів не є досконалою. Вона заснована на фізико-хімічні властивості (зокрема, розчинності) або на хімічній природі, але до цих пір зберігаються і літерні позначення. Залежно від розчинності в неполярних органічних розчинниках або у водному середовищі розрізняють жиророзчинні і водорозчинні вітаміни.
1. ВІТАМІНИ, розчинні в жирах.
Вітамін A (антіксерофталіческій).
Вітамін D (антирахітичним).
Вітамін E (вітамін розмноження).
Вітамін K (антигеморрагический).
2. ВІТАМІНИ, РОЗЧИННІ У ВОДІ.
Вітамін В 1 (антіневрітний).
Вітамін В 2 (рибофлавін).
Вітамін PP (антіпеллагріческій).
Вітамін В 6 (антідермітний).
Пантотен (антідерматітний фактор).
Біотин (вітамін Н, чинник зростання для грибків, дріжджів і бактерій, антісеборейний).
Інозит.
Парааминобензойная кислота (чинник зростання бактерій і чинник пігментації).
Фолієва кислота (вітамін антианемічний, вітамін зростання для курчат і бактерій).
Вітамін В 12 (антианемічний вітамін).
Вітамін В 15 (пангамовая кислота).
Вітамін С (антіскорбутний).
Вітамін Р (вітамін проникності).
Багато хто відносить також до числа вітамінів холін і ненасичені жирні кислоти з двома і більшим числом подвійних зв'язків. Всі перераховані вище - розчинні у воді - вітаміни, за ісклдюченіем інозиту і вітамінів С і Р, містять азот в своїй молекулі, і їх часто об'єднують в один комплекс вітамінів групи В.
ВІТАМІН А (ретинол, аксерофтол)
Основні джерела в природі
Вітамін А, жиророзчинний вітамін, зустрічається в природі у двох основних видах - у вигляді ретинолу, що міститься тільки в тварин джерелах, і певних каротиноїдів (провітамін), що містяться тільки в рослинних джерелах. Каротиноїди - це ті сполуки, які надають багатьом фруктам і овочам жовту і оранжеве забарвлення. Бета-каротин є найбільш поширеним і відомим серед каротиноїдів. Бета-каротин є попередником вітаміну А або "провітаміном А", оскільки його активність вітаміну А проявляється тільки після трансформації в ретинол в організмі. Розщеплення однієї молекули бета-каротину специфічним кишковим ферментом призводить до утворення двох молекул вітаміну А.
Велика кількість бета-каротину міститься в моркві, жовто-і зелено-листного овочах (наприклад, шпинаті, броколі), гарбузі, абрикосах і дині. Перетворений вітамін А або ретинол міститься в печінці, яєчному жовтку, рибі, цілісному молоці, вершковому маслі і сирі.
Вітамін В 1
Синоніми: Тіамін, фактор проти бери-бери, анеурін, протівоневрітний фактор.
Основні природні джерела
Вітамін В 1 міститься в різних продуктах, але, в основному, в невеликих кількостях. Найбільше тіаміну міститься в сушених пивних дріжджах. Іншими джерелами тіаміну є м'ясо (свинина, баранина, яловичина), птиця, цільні зернові злаки, горіхи, бобові рослини, сушені боби і тваринна їжа.
У процесі перемолу пшениці в білу борошно або при полірування коричневого рису з утворенням білого рису зерна злакових втрачають тіамін, що міститься у висівках.
Людина
Людина й інші примати потребують постійного надходження в організм вітаміну В 1 разом з їжею.
Основні антагоністи
Ряд продуктів, такі як кава, чай, свіжа риба, горіхи бетеля і деякі злакові, діють як антагоністи даного вітаміну.
Медичні препарати, що викликають запаморочення, втрату апетиту, підвищення кишкової функції або сечовиділення, призводять до зниження кількості тіаміну в організмі.
Отруєння миш'яком або іншими важкими металами викликають неврологічні симптоми дефіциту тіаміну. Ці метали блокують важливий метаболічний етап, що включає тіамін як кофермент.
Вітамін В12
Вітамін В 12 відноситься до групи кобальтосодержащіх корріноідов, відомих як кобаламін. Він також відомий як фактор проти перніциозної анемії, екзогенний чинник Касла, або тваринний білковий фактор. Найбільш важливими в організмі людини кобаламін є гідроксікобаламін, аденозилкобаламін і метилкобаламін, останні два представляють собою активні форми кофермент. Ціанокобаламін є синтетичною формою вітаміну В 12, завдяки своїй доступності та стабільності отримала широке клінічне застосування. В організмі людини ціанокобаламін перетворюється в активні форми кофермент.
Основні природні джерела
Вітамін В 12 міститься переважно в продуктах тваринного походження, в особливо в окремих органах (печінка, нирки, серце, мізки). Іншим важливим джерелом вітаміну В 12 є риба, яйця і молочні продукти.
У продуктах рослинного походження вітамін В 12 практично відсутня. Кишкові бактерії синтезують вітаміну В 12, але у звичайних умовах здійснюють цей синтез в тих областях, де всмоктування не відбувається.
Вітамін В 2
Синоніми: Офіційно визнана назва вітаміну В 2 - рибофлавін. Раніше він також називався вітамін G, лактофлавін, овофлавін, гепатофлавін, вердофлавін і урофлавін. Більшість з цих назв вказують на джерело, з якого даний вітамін був початково виділений, тобто молоко, яйця, печінка, рослини і сеча.
Основні природні джерела
Рибофлавін є одним з найбільш широко поширених вітамінів. Рибофлавін міститься у всіх клітинах тварин і рослин, але лише деякі продукти є багатими джерелами даного вітаміну. Найбільша концентрація рибофлавіну виявляється в дріжджах і печінці, але найбільш поширеними дієтичними джерелами рибофлавіну є молоко і молочні продукти, м'ясо, яйця, овочі та зелень. Зерна злаків, хоча і містять не надто багато рибофлавіну, є важливими джерелами даного вітаміну для тих, у кого злакові становлять основний компонент харчового раціону. Вітамінізована борошно і борошняні вироби дозволяють отримувати достатню кількість вітаміну В 2. Рибофлавін з тваринних продуктів засвоюється краще, ніж з рослинних джерел. У коров'ячому, овечому та козячому молоці не менше 90% рибофлавіну знаходиться у вільній формі, в більшості інших джерел він виявляється пов'язаним з білками.
Вітамін В 6
Синоніми: Термін вітамін В 6 або піридоксин використовується для позначення цілої групи споріднених речовин, взаємозамінних в процесі метаболізму, а саме: пірідоксол (спирт), піридоксаль (альдегід) і піридоксамін (амін).
Основні природні джерела
У харчових продуктах вітамін В 6 зазвичай пов'язаний з білками. Пірідоксол виявляється головним чином у рослинах, а піридоксаль і піридоксамін головним чином виявляються в тваринних тканинах. Чудовими джерелами піридоксину є курчата, коров'яча печінку, свинина і телятина. Добрими джерелами піридоксину також є шинка і риба (тунець, форель, палтус, оселедець, лосось), горіхи (арахіс, волоський горіх), хліб, крупа і цільні зерна злакових. У цілому овочі та фрукти досить бідні вітаміном В 6, хоча деякі з продуктів цього класу містять піридоксин у вельми значній кількості, зокрема квасоля, цвітна капуста, банани і родзинки.
Людина
Людина й інші примати для задоволення потреб свого організму потребують в зовнішніх джерелах вітаміну В 6, що надходить разом з їжею. Незначна кількість вітаміну В 6 може синтезуватися кишковими бактеріями.
Основні антагоністи
Відомо більше 40 різних медичних препаратів, здатних взаємодіяти з вітаміном В 6 і приводити до зниження його статусу в організмі. Основними антагоністами вітаміну В 6 є:
дезоксіпірідоксін, ефективний аніметаболіт;
изоцианидов, туберкулостатичної препарат;
гідралазин, препарат проти підвищеної чутливості;
циклосерин, антибіотик; і
пеніциламін, препарат використовується при лікуванні хвороби Вільсона.
З іншого боку, вітамін В 6 може сам виступати в якості антагоніста у пацієнтів, які страждають на хворобу Паркінсона і проходять лікування препаратом L-ДОФА, при цьому дія піридоксину виявляється протилежним дії L-ДОФА.
Бета-каротин
Бета-каротин є одним з природних каротиноїдів, яких налічується понад 600. Каротиноїди - це пігменти від жовтого до червоного кольору, які широко поширені в рослинах. Порядку 50 каротиноїдів здатні відтворювати активність вітаміну А і тому їх відносять до числа каротиноїдів, що є провітаміном А. Бета-каротин - найбільш поширений і найбільш ефективний провітамін А в наших продуктах.
Теоретично одна молекула бета-каротину може розщеплюватися на дві молекули вітаміну А. Однак в організмі бета-каротин тільки частково перетворюється на вітамін А, а частина, що залишилася накопичується в незмінному вигляді. Більш того, частка бета-каротину, що перетворюється на вітамін А в організмі, контролюється статусом вітаміну А, що в результаті дозволяє уникнути явищ токсичності, викликаної надлишком вітаміну А в організмі. Згідно з отриманими в даний час даними бета-каротин, будучи безпечним джерелом вітаміну А, виконує ще багато важливих біологічних функцій, які можуть бути ніяк не пов'язані з його статусом провітаміну.
Основні природні джерела
Найкращими джерелами бета-каротину є ярко-желтие/оранжевие овочі та фрукти і темно-зелені листові овочі, а саме:
Жовті / помаранчеві овочі - морква, батат, гарбуз, кабачки.
Жовті / помаранчеві овочі - абрикоси, диня мускусна, папайя, манго, карамболь, нектарин, персики.
Темно-зелені листові овочі - шпинат, брокколі, салат ендівій, капуста, цикорій, салат ескаріоль, крес водяний зелене листя буряка, ріпи, гірчиці, кульбаби лікарської.
Інші овочі й фрукти, що є хорошими джерелами бета-каротину - гарбуз звичайний, аспарагус, зелений горошок, кислі сорти вишень, слива домашня.
Зміст бета-каротину в овочах і фруктах може бути різним в залежності від сезону і ступеня зрілості. Біологічна цінність бета-каротину з овочів та фруктів залежить від їхнього методу приготування перед вживанням. Тому всякі вказівки щодо змісту бета-каротину в продуктах є лише приблизними величинами.
Біотин (вітамін Н)
Синоніми
Біотин - водорозчинний член групи вітамінів В, відомий також під назвами вітамін Н, вітамін В8 і кофермент R. Хоча існують вісім різних форм біотину, тільки одна з них, а саме, D-біотин, зустрічається в природних з'єднаннях і виявляє повний спектр біологічної активності.
Основні природні джерела
У малих кількостях біотин виявляється в більшості харчових продуктів. Найбільш багатими його джерелами є дріжджі, печінка і нирки. Також багато його міститься в яєчному жовтку, соєвих бобах, горіхах та крупах. Дані, отримані в експериментах на тваринах, демонструють, що біологічна доступність біотину варіюється в значних межах.
Мікроорганізми, що виробляють біотин, знаходяться в товстому кишечнику, але роль і масштаб його ентерального синтезу в усьому метаболізмі біотину не відомі.
Основні антагоністи
Авидин, глікопротеїн, що міститься в білку сирого яйця, зв'язується з біотином і робить його неабсорбіруемим. Таким чином, всмоктування великих кількостей сирого яєчного білка кишечником протягом довгого часу може призвести до дефіциту біотину.
Зазначалося також, що застосування антибактеріальних препаратів, які шкодять мікрофлорі кишечника може знизити рівень біотину. У той же час, результати випробувань на людях не дають можливості стверджувати це категорично. Повідомляється також про взаємодію біотину з деякими протисудомними препаратами.
Вітамін C
Синоніми
Аскорбінова кислота, протівоскорбутний вітамін.
Основні природні джерела
Цитрусові, чорна смородина, солодкий перець, петрушка, цвітна капуста, картопля, батат, брокколі, брюссельська капуста, суниця, гуава, манго. У залежності від сезону в одній склянці середнього розміру (тобто, 100 г) свіжоприготованого соку міститься від 15 до 35 мг вітаміну С.
Основні антагоністи
Ряд хімічних сполук, дії яких піддається людина, такі, як забруднювачі повітря, промислові токсини, важкі метали, тютюновий дим, а також деякі фармакологічно активні сполуки, зокрема, антидепресанти і діуретики можуть призвести до збільшення потреби у вітаміні С. Це також має місце в за наявності певних шкідливих звичок, наприклад, при зловживанні алкоголем.
Вітамін D
Синоніми
Вітамін D - загальна назва групи жиророзчинних сполук, необхідних для підтримки мінерального балансу в організмі. Він також відомий як кальциферол і Протирахітичний вітамін. Його основними формами є вітамін D2 (ергокальциферол рослинного походження) і вітамін D3 (холекальциферол тваринного походження).
Оскільки холекальциферол синтезується в шкірі при дії ультрафіолетових променів на 7-дегідрохолестерин, похідне холестерину, що міститься у тваринному жирі, вітамін D не відповідає класичному визначенню вітаміну.
Проте в силу цілого ряду факторів, що впливають на його синтез, до числа яких відносяться широта, сезон, ступінь забруднення повітря, ділянка шкіри, що піддається ультрафіолетового впливу, пігментація, вік і т. д., вітамін D вважається найважливішим компонентом продуктів харчування .
Основні природні джерела
Багатющими природними джерелами вітаміну D є риб'ячий жир і морська риба типу сардин, оселедця, лосося та скумбрії. Невелика кількість вітаміну D міститься також у яйцях, м'ясі, молоці і вершковому маслі. У рослинах міститься убоге кількість вітаміну D, а в горіхах і фруктах його немає зовсім. Тієї кількості вітаміну D, що міститься в грудному молоці, не достатньо для заповнення потреб організму новонародженого.
Основні антагоністи
Холестирамін (смола, яка використовується для припинення реабсорбції жовчних кислот) і проносні на основі мінеральних масел пригнічують абсорбцію вітаміну D з кишечника. Кортикостероїдні гормони, протисудомні препарати і спирт можуть впливати на абсорбцію кальцію шляхом зменшення реакції на вітамін D. Дослідження на тваринах також показали, що протисудомні препарати стимулюють ферменти в печінці, що призводить до посиленого руйнування і висновку вітаміну.
Вітамін Е
Під назвою вітамін Е відомі вісім зустрічаються в природі з'єднань. Чотири з них називаються токоферолами, а чотири - токотриенола, і всі вони різняться за допомогою префіксів a-, b-, g-і d. Альфа-токоферол - найбільш поширений і біологічно найбільш активний з усіх що зустрічаються в природі форм вітаміну Е.
Назва токоферол походить від грецького слова "токос", що означає пологи, і слова "Ферейн", що означає народжувати. Дана назва було вибрано таким чином, щоб підкреслити його важливу роль у відтворенні різних видів тварин. Закінчення "ол" означає, що речовина є спиртом.
Основні природні джерела
Рослинні масла (арахісове, соєве, пальмова, кукурудзяна, сафлорова, соняшникова і т. д.) і зародки пшениці є найціннішими джерелами вітаміну Е. До числа інших джерел вітаміну Е відносяться горіхи, насіння, цільні зерна і зелені листові овочі. Деякі основні продукти харчування типу молока і яєць містять невелику кількість a-токоферолу.
До того ж вітамін Е додають у маргарин та інші продукти харчування.
Основні антагоністи
При одночасному прийомі залізо зменшує надходження вітаміну Е в організм; це особливо критично в разі анемії у новонароджених. Потреба у вітаміні Е пов'язана з кількістю поліненасичених жирних кислот, які надходять з їжею. Чим більше кількість таких кислот, тим більша потреба у вітаміні Е.
Фолієва кислота
Синоніми
Фолієва кислота (хімічну назву: птероіл-глютамінова кислота) належить до групи вітамінів В. Вона відома також під назвою фолацин, вітамін ЗС, вітамін В9, а також фактор Lactobacillus casei, хоча в даний час ці найменування вийшли з ужитку.
Термін "фолати" використовується для позначення всіх членів сімейства сполук, в яких птероевая кислота пов'язана з однією або більше молекул L-глютамат.
Основні джерела в природі
Фолати широко представлені в різноманітних харчових продуктах. Найбільш багатим джерелом є печінка, темно-зелені листові овочі, боби, пшеничні проростки і дріжджі. Серед інших джерел можна назвати яєчний жовток, буряк, апельсиновий сік, хліб (борошно з цільного зерна).
Велика частина харчових фолатів знаходиться в поліглютаматной формі, які, перш ніж потрапити в кров'яне русло, перетворюються на стінці малого кишечника в моноглютаматную форму. Фактично адсорбується тільки близько п'ятдесяти відсотків фолатів, споживаних з їжею. У звичайних умовах фолати, синтезовані кишковими бактеріями, не вносять істотного внеску у забезпечення фолатами організму людини, так як бактеріальний синтез фолатів звичайно обмежений товстим кишечником (ободова кишка), тоді ж як абсорбція відбувається головним чином у верхній частині тонкого кишечника (худа кишка).
Основні антагоністи
Ряд хеміотерапевтіческіх агентів (наприклад, метотрексат, триметоприм, піриметамін) інгібують фермент дигідрофолат редуктазу, яка необхідна для метаболізму фолатів.
Багато ліків можуть впливати на абсорбцію, утилізацію і збереження фолатів. Серед цих ліків перебувають пероральні контрацептиви, алкоголь, холестирамін (ліки, що застосовується для зниження рівня холестерину в крові), такі антиепілептичні агенти як барбітурати та дифенілгідантоїну, а також сульфазалазину, який є одним з сульфонамідів, які використовуються для лікування неспецифічного виразкового коліту. Крім того, ліки, що знижують кислотність в кишечнику, такі як антациди і сучасні противиразкові ліки, як було показано, впливають на абсорбцію фолієвої кислоти.
Вітамін До
Синоніми
Вітамін До відомий у багатьох формах. Вітамін До 1 (філлохинон, фітонадіон) зазвичай міститься в рослинах. Вітамін До 2 (менахінон), що володіє приблизно 75% активності вітаміну К 1, синтезується бактеріями в кишечнику людини і різних тварин. Вітамін К 3 (менадион) є синтетичною речовиною, що може бути перетворено в К 2 в кишечнику.
Основні природні джерела
Найкращими харчовими джерелами вітаміну К є зелені листові овочі такі, як зелена бадилля ріпи, шпинат, брокколі, капуста і латук. До числа інших джерел з високим вмістом вітаміну К відносяться соєві боби, яловича печінка і зелений чай. Добрими джерелами є яєчний жовток, овес, цільна пшениця, картопля, помідори, аспарагус, вершкове масло і сир. Більш низький вміст вітаміну К виявляється в яловичині, свинині, шинки, молоці, моркві, кукурудзі, у більшості фруктів і багатьох інших овочів.
Важливим джерелом вітаміну К 2 є бактеріальна флора в порожній кишці та клубовій кишці. Однак ступінь використання менахінона, синтезованого мікроорганізмами кишечника, до цих пір не ясна.
Основний антагоніст
Антикоагулянти такі, як дикумарол, 4-гідроксікумароль (похідне дикумарол) і інданедіони знижують використання залежних від вітаміну К факторів згортання.
Антибіотики, хвороби кишечника, мінеральне масло і радіація пригнічують всмоктування вітаміну К. Велика кількість вітаміну Е може посилити антикоагулянтну дію антагоністів вітаміну К таких, як варфарин. У пацієнтів з синдромом зниженого всмоктування жирів або захворюваннями печінки також є ризик розвитку недостатності вітаміну К.
Основні антагоністи
Дефіцит мікроелемента міді в організмі може гальмувати процес перетворення триптофану в ніацин. Лікарський препарат "пеніциламін" також викликає гальмування перетворення триптофану в ніацин в біохімічних процесах у людини, можливо, завдяки, в якійсь частині, хелатуючим дії міді, що входить до складу пеніцилламіна.
Лікарські препарати "рифампіном" і "ізоніазид" (протитуберкульозні) гальмують засвоєння ніацину.
Біохімічний шлях від триптофану до ніацину сильно залежить від змін у складі харчування. З них найбільше значення має дефіцит вітаміну В6, що знижує рівень синтезу ніацину з триптофану.
Ніацин
Синоніми
Термін "ніацин" відноситься як до нікотинової кислоти, так і до її Амінопохідні, нікотинаміду (Ніацинамід). Застарілими назвами для нікотинової кислоти є вітамін В3, вітамін В4 і Р-Р фактор (Pellagra-Preventative factor, тобто фактор профілактики пелагри).
"Насиченість ніацину" харчових продуктів визначається як концентрація в них нікотинової кислоти, утвореної в результаті перетворення знаходиться в їжі триптофану в ніацин. Ніацин є членом сімейства вітамінів В.
Основні природні джерела
Нікотинамід і нікотинова кислота широко поширені в природі. У рослинах частіше міститься нікотинова кислота, у той час як у тварин організмах частіше міститься нікотинамід.
Дріжджі, печінка, м'ясо птиці, горіхи та бобові рослини - основне джерело ніацину серед харчових продуктів. У меншій кількості вони містяться в молоці і листі овочів.
У зернових продуктах (пшениця, кукурудза) нікотинова кислота пов'язана з деякими компонентами, що містяться в крупі, і тому не володіє біологічною активністю. Особливі методи обробки, як наприклад, обробка зерна водним розчином лугу або вапна підвищують біологічну активність нікотинової кислоти, що міститься в цих продуктах.
Триптофан, як амінокислота, яка є попередником (або провітаміном) ніацину, відповідальна за дві третини загальної біологічної активності необхідної для нормального харчового раціону дорослих. Важливими джерелами триптофану є м'ясо, молоко та яйця.
Пантотенова кислота
Синоніми
Пантотенова кислота належить до групи вітамінів В. Її назва в перекладі з грецького означає "всюди". Колишні назви-синоніми: вітамін В5, антідерматітний фактор курчат, антіпеллагріческій фактор курчат. У природі зустрічається у формі D-пантотенової кислоти.
Основні природні джерела
Пантотенова кислота широко представлена в продуктах харчування, головним чином у складі коферменту А (кофермент ацетилювання). Його особливо багато в дріжджах і в органах тварин (печінка, нирки, серце, мозок), але, мабуть, звичайним джерелом його надходження в організм є яйця, молоко, овочі, бобові й цілісні зернові продукти. У їжі, підданої обробці, кількість пантотенової кислоти буде знижено, якщо звичайно ця втрата не відшкодовується згодом. Пантотенова кислота синтезується мікроорганізмами кишечника, але кількість вироблюваної ними пантотенової кислоти і його роль у харчуванні людини до кінця не з'ясовані.
Основні антагоністи
Етанол викликає зниження кількості пантотенової кислоти в тканинах при супутньому збільшенні її рівня в сироватці. Ці дані дають підставу припускати, що утилізація пантотенової кислоти у страждаючих алкоголізмом порушена.
Найбільш відомим антагоністом пантотенової кислоти, який використовується в експерименті для прискорення прояву ознак дефіциту вітаміну, є омега-метил пантотенова кислота. Крім того, в експериментах на тваринах було показано, що L-пантотенова кислота також викликає антагоністичну дію.
Метил-бромід, фумігант, використовується для боротьби з паразитами в місцях зберігання продуктів харчування, викликає руйнування пантотенової кислоти в їжі, яка піддається впливу цього фуміганту.
Крім цих двох головних груп вітамінів, виділяють групу різноманітних хімічних речовин, з яких частина синтезується в організмі, але має вітамінними властивостями. Для людини і ряду тварин ці речовини прийнято об'єднувати в групу вітаміноподібна. До них відносять холін, ліпоєвої кислоти, вітамін В15 (пангамовая кислота), оротовую кислоту, інозит, убіхінон, парааминобензойную кислоту, кар-Нітін, лінолеву і ліноленову кислоти, вітамін U (противиразковий фактор) і низка чинників зростання птахів, щурів, курчат, тканинних культур. Нещодавно відкрито ще один фактор, названий пірролохінолінохіноном. Відомі його коферментниє і кофакторние властивості, проте поки не розкриті вітамінні властивості.
2. Ліпіди
Група різнорідних за хімічною будовою органічних речовин, які характеризуються наступними ознаками:
-Нерозчинність у воді
-Розчинність в неполярних розчинниках (ефір, хлороформ, бензол)
-Зміст вищих алкільних радикалів
-Поширеність в живих організмах
А. Прості - складаються з 2 компонентів (складні ефіри жирних кислот з різними спиртами)
1. жири (гліцериди)-складні ефіри гліцерину і вищих жирних кислот
2. воску-ефіри жирних кислот і одноатомні або двоатомні спирти з С 12-С 22
Жирні кислоти-монокарбонові кислоти з однієї алифатической ланцюгом. РК природних ліпідів містять чітке число атомів С, не розчиняються у воді, температура плавлення знижується зі збільшенням числа подвійних зв'язків і укороченням ланцюга.
Жири можуть бути простими (однакові залишки РК) і змішаними (залишки різних РК)
Фізико-хімічні властивості визначаються властивостями вхідних РК.
Склад і кількість жиру характеризується:
-Йодне число-кількість груп ЙОД2, які зв'язуються 100гр жиру (характеризує ступінь ненасиченості жиру)
-Кислотне число-кількість мг КОН, необхідне для нейтіралізаціі 1г жиру (вказує на кількість вільних ЖК в жирі)
-Число омилення-кількість мг КОН, необхідне для нейтралізації всіх РК, що входять до складу жиру.
Б. Складні - складні ефіри РК зі спиртами, додатково містять і інші групи.
1. Фосфоліпіди-містять залишок Н 3 РО 4
-Гліцерофосфоліпіди-у ролі спирту-гліцерин, що володіє амфіпатічностью (гідрофобні РК + гідрофільний залишок Н 3 РО 4 та ін). Плазмалогени-в мозку, м'язах, еритроцитах. Кардіоліпін-в серце.
-Сфінголіпіди-містять сфингозин
2. Гліколіпіди (глікосфінголіпіди)-широко представлені в тканинах, особливо нервової. Цереброзидів і глобозіди.
3. Стероїди - не гідролізуються
Холестерин-джерело утворення в організмі ссавців жовчних кислот і стероїдних гормонів. Ергостерину-попередник вітаміну Д.
4. Інші складні ліпіди: сульфоліпіда, аміноліпіди, ліпопротеїни.
Функції:
-Енергетична-запасання та зберігання енергії (нейтралізація жиру). При розщепленні 1г жиру виділяється 9ккал або 38кДж.
-Захисна-ліпідний шар шкіри живих істот, захищає від механічних і температурних впливів.
-Структурна - є будівельним компонентом клітинних мембран
-Регуляторна-деякі гормони імітують ліпідну природу (статеві)
3. Процес бродіння і його типи
Бродіння (Тж. сбра живание, ферменту ція) - це, анаеробний метаболічний розпад молекул поживних речовин, наприклад глюкози, без окислення в чистому вигляді. Бродіння не звільняє всю наявну в молекулі енергію; воно просто дозволяє тривати гліколізу (процес, виходом якого на одну молекулу глюкози є дві молекули АТФ), заповнюючи відновлені коферменти.
Бродіння - це процес, важливий в анаеробних умовах, за відсутності окисного фосфорилювання, здатного підтримувати генерацію АТФ в процесі гліколізу. Стандартні приклади продуктів бродіння: етанол (питний спирт), молочна кислота і водень, такі як масляна кислота і ацетон етанол, вуглекислий газ, інші продукти, а далі - молочна кислота, оцтова кислота, етилен та інші відновлені метаболіти. Хоча на останньому етапі анаеробного дихання (перетворення пірувату в кінцеві продукти бродіння) не звільняється енергія, він украй важливий для анаеробної клітки, оскільки на цьому етапі регенерується нікотинамід аденін дінуклеотід (NAD +), який потрібний для гліколізу. Це важливо для нормальної клітинної діяльності, оскільки гліколіз - єдиним джерелом АТФ в анаеробних умовах.
Отримання АТФ бродінням менш ефективно, ніж шляхом окисного фосфорилювання, коли пуріват полнос окислюється до двоокису вуглецю. Проте, навіть у хребетних анаеробне дихання використовується як ефективний спосіб отримання енергії під час коротких періодів інтенсивної напруги, коли перенесення кисню до м'язів недостатнє для підтримки метаболізму аероба. Тоді як анаеробне дихання допомагає під час коротких періодів інтенсивної напруги, вона не призначена для тривалого використання. Наприклад, у людей ферментація молочної кислоти дає енергію на період від 30 секунд до 2 хвилин. Швидкість генерації АТФ приблизно в 100 разів більше, ніж при окислювальному фосфорилюванні. Рівень pH в цитоплазмі швидко падає, коли в м'язі накопичується молочна кислота, в кінцевому підсумку стримуючи ферменти, залучені в процес гліколізу
Спиртове бродіння - це процес окислення вуглеводів, в результаті якого утворюються етиловий спирт, вуглекислота й виділяється енергія.
Бродіння проводять головним чином дріжджі, а також деякі бактерії і гриби. Зброджувати можуть лише вуглеводи, до того ж дуже вибірково. Дріжджі зброджують тільки деякі 6-вуглецеві цукру (глюкозу, фруктозу, манозу).
Схематично спиртове бродіння може бути зображено рівнянням
З 6 Н 12 О 6 -> 2С 2 Н 5 ОН + 2С0 2 + 23, 5 • 104 дж
глюкоза-етиловий спирт + вуглекислота + енергія. Процес спиртового бродіння - багатоступінчастий, що складається з ланцюга хімічних реакцій. Перетворення глюкози до утворення піровиноградної кислоти відбуваються так само, як і при диханні. Ці реакції відбуваються без участі кисню (анаеробно). Далі шляхи дихання і бродіння розходяться.
При спиртовому бродінні піровиноградна кислота перетворюється на спирт і вуглекислоту. Ці реакції протікають у дві стадії. Спочатку від пірувату відщеплюється З02 і утворюється оцтовий альдегід, потім оцтовий альдегід приєднує водень, відновлюючись в етиловий спирт. Всі реакції катализируются ферментами. У відновленні альдегіду бере участь НАД-H2. Зазвичай при спиртовому бродінні, крім головних продуктів, утворюються побічні. Вони досить різноманітні, але присутні в невеликій кількості: аміловий, бутиловий та інші спирти, суміш яких називається сивушним маслом - з'єднання, від якого залежить специфічний аромат вина. Освіта побічних речовин пов'язано з тим, що перетворення глюкози частково йде іншими шляхами. Біологічний сенс спиртового бродіння полягає в тому, що утворюється певна кількість енергії, яка запасається у вигляді АТФ, а після цього витрачається на всі життєво необхідні процеси клітини.
Молочнокисле бродіння
При молочнокислом бродінні кінцевим продуктом є молочна кислота. Цей вид бродіння здійснюється за допомогою молочнокислих бактерій, які поділяються на дві великі групи (в залежності від характеру бродіння): гомоферментативное, що утворюють з цукру тільки молочну кислоту, і гетероферментативних, що утворюють, окрім молочної кислоти, спирт, оцтову кислоту, вуглекислий газ. Гомоферментативное молочнокисле бродіння викликають бактерії роду Lactobacillus і стрептококи. Вони можуть зброджувати різні цукри з 6-ю (гексози) або 5-ю (пентози) вуглецевими атомами, деякі кислоти. Однак коло зброджуваний ними продуктів обмежений. У молочнокислих бактерій немає ферментативного апарату для використання кисню повітря. Кисень для них або байдужий, або пригнічує розвиток.
Молочнокисле бродіння може битьопісаноуравненіем
С6Н12О6 -> 2СН3 * CНОН * СООН +21, 8-104 дж
глюкоза молочна кислота енергії. Глюкоза також розщеплюється до піровиноградної кислоти. Але потім її декарбоксилювання (відщеплення С02), як при спиртовому бродінні, не відбувається, тому що молочнокислі бактерії позбавлені відповідних ферментів. У них активні дегідрогенази (НАД). Тому піровиноградна кислота сама (а не оцтовий альдегід, як при спиртовому бродінні) приймає водень від відновленої форми НАД і перетворюється на молочну кислоту. У процесі молочнокислого бродіння бактерії отримують енергію, необхідну їм для розвитку в анаеробних умовах, де використання інших джерел енергії утруднено. Гетероферментативних молочнокисле бродіння - процес більш складний, ніж гомоферментативное: зброджування вуглеводів призводить до утворення ряду сполук, що накопичуються в залежності від умов процесу бродіння. Одні бактерії утворюють, крім молочної кислоти, етиловий спирт і вуглекислоту, інші - оцтову кислоту; деякі гетероферментативних молочнокислі бактерії можуть утворювати різні спирти, гліцерин, маніт.
Гетероферментативних молочнокисле бродіння викликають бактерії роду Lactobacterium і роду Streptococcus. Гетероферментативних бактерії утворюють молочну кислоту іншим шляхом. Остання стадія - відновлення піровиноградної кислоти до молочної - та ж сама, що й у випадку гомоферментативного бродіння. Але сама піровиноградна кислота утворюється при іншому розщепленні глюкози - гексозомонофосфатном. Вихід енергії набагато менше, ніж при спиртовому бродінні.
Гетероферментативних бактерії зброджують обмежене число речовин: деякі гексози (причому певної будови), пентози, сахароспирти і кислоти.
Молочнокисле бродіння широко використовується при виробленні молочних продуктів: кисляку, ацидофіліну, сиру, сметани. При виробництві кефіру, кумису поряд з молочнокислим бродінням, що викликається бактеріями, має місце і спиртове бродіння, що викликається дріжджами. Молочнокисле бродіння відбувається на першому етапі виготовлення сиру, потім молочнокислі бактерії змінюються пропіоновокислі.
Молочнокислі бактерії знайшли широке застосування при консервації плодів і овочів, в силосуванні кормів. Чисте молочнокисле бродіння застосовується для отримання молочної кислоти в промислових масштабах. Молочна кислота знаходить широке застосування у виробництві шкір, фарбувальній справі, при виробленні пральних порошків, виготовленні пластмас, у фармацевтичній промисловості і в багатьох інших галузях. Молочна кислота також потрібна в кондитерській промисловості і для приготування безалкогольних напоїв.
Маслянокислое бродіння
Перетворення вуглеводів з утворенням масляної кислоти було відомо давно. Природа маслянокислого бродіння як результат життєдіяльності мікроорганізмів була встановлена Луї Пастером в 60-х роках минулого століття. Збудниками бродіння є маслянокислі бактерії, що одержують енергію для життєдіяльності шляхом зброджування вуглеводів. Вони можуть зброджувати різноманітні речовини - вуглеводи, спирти і кислоти, здатні розкладати і зброджувати навіть високомолекулярні вуглеводи - крохмаль, глікоген, декстрини.
Маслянокислое бродіння в загальному вигляді описується рівнянням
C6H12О6-> СН3 * CН2 * СООН +2 З02 +2 Н2
глюкоза масляна кислота. При цьому бродінні накопичуються різні побічні продукти. Поряд з масляною кислотою, вуглекислим газом і воднем утворюються етиловий спирт, молочна та оцтова кислоти. Деякі маслянокислі бактерії, крім того, утворюють ацетон, бутанол і ізопропіловий спирт.
Бродіння починається з процесу фосфорилювання глюкози і далі йде по гликолитическому шляху до стадії утворення піровиноградної кислоти. Потім утворюється оцтова кислота, яка активується ферментом. Після чого при конденсації (з'єднанні) з двууглеродного з'єднання виходить четирехуглеродная масляна кислота. Таким чином, при маслянокислом бродінні відбувається не тільки розкладання речовин, але і синтез. За даними В. М. Шапошникова, в маслянокислом бродінні розрізняються дві фази. У першій паралельно зі збільшенням біомаси накопичується оцтова кислота, а масляна кислота утворюється переважно в другій фазі, коли синтез речовин тіла сповільнюється.
Маслянокислое бродіння відбувається в природних умовах в гігантських масштабах: на дні боліт, в заболочених грунтах, мулах і всіх тих місцях, куди обмежений доступ кисню. Завдяки діяльності маслянокислих бактерій розкладаються величезні кількості органічної речовини. Спиртове, гомоферментативное молочнокисле і маслянокислое бродіння є основними типами бродінь. Всі інші види бродінь представляють собою комбінацію цих трьох типів.
Отже, три основні типи бродіння органічно пов'язані між собою - початкові шляху розкладання вуглеводів у них однакові. Процеси дихання і бродіння є основними джерелами енергії, необхідними мікроорганізмам для нормальної життєдіяльності, здійснення процесів синтезу найважливіших органічних сполук.
4. Фізико-хімічні властивості білків. Рівні організації білкових молекул
Полімери. % 0% від сухої речовини клітини (завжди С, Н, О 2, азот, майже завжди сірка).
Велика молярна маса. Структурна одиниця-амінокислота. Білки-поліпептиди. Кожна білкова молекула характеризується певною послідовністю амінокислот, яка визначається структурою гена, що кодує даний білок.
Боагодаря наявності аміно-і карбоксильних груп белкіобладают амфотерними властивостями. Для кожного білка існує значення рН, при якому сумарний електричний заряд = 0-ізоелектрична точка (значення рН визначається числом його моногенних груп і величиною константи іонізації). рН приблизно = 5, 5
Гідратація-зв'язування диполів води з іонами і полярними групами амінокислот.
Денатурація-втрата наітівних властивостей білка через порушення хімічних зв'язків.
1. Прості білки:
- Протаміни і гістони-в ядрах сперматозоїдів у риб і птахів (підвищений вміст АК, особливо аргенін)
-Альбуміни - тварини і рослинні тканини, білок яєць, сироватка крові, молоко, насіння рослин.
-Глобуліни - глобулярні білки, розчинні у слабких розчинах нейтральних солей, розбавлених в кислотах і лугах. Обумовлюють буферну ємність цитоплазми, плазми крові та імунні властивості організму (не розчинний у воді)
-Глютеину, проламіни - насіння злаків, зелені частини рослин (розчиняються в розбавлених розчинах лугів), високий вміст глутамінової кислоти і наявність лізину.
-Протеноіди - білки опорних клітин, фібрилярний колаген, кератин.
2. Складні білки:
-Хромопротеїни - містять забарвлені простатические групи:
А) гемопротеїни (содержатжелезо)-цитохроми, деякі ферменти (каталаза, пероксидаза), гемоглобін, міоглобін
Б) дихальні пігменти крові-гемерітріни
В) флавопротеїдів - переночсікі електронів, важлива роль у ВВ реакціях.
-Глікопротеїни - майже у всіх тканинах, в рідинах тварин. Містять звичайний набір АК з переважанням серину і треоніну.
Муцини-секрети слизових залоз
Мукоїди-входить до складу опорних тканин
Багато білків плазми крові, групові властивості крові, некотоие ферменти і гормони.
-Ліпопротеїни - комплекс білків і ліпідів (біологічна мембрана)
-Фосфопротеинов - заходь фосфорна група, приєднується до АК-залишкам. Зазвичай до ферментів через залишок серину і треоніну.
-Металопротеїни - ферментативне дихання (у складі мікроелемнов), в гормонах
-Нуклеопротеїнів - комплекси НК з білками. Складається з основи і вуглецевого компоненту: цукру, рибози йди дізоксірібози.
Функції:
1. каталітична-каталізують протікання хімічних реакцій.
2. захисна - основну функцію захисту виконує імунна система, яка забезпечує синтез білків-антитіл.
3. структурна-основна речовина хрящів, кісток, шкіри.
4. регуляторна-багато гормонів-білкової природи
5. підтримання колоїдно-осмотичного тиску і кислотно-лужної рівноваги
6. гомеостаз
7. енергетична (АТФ)
8. транспотра-гемоглобін
Рівні організації:
Первинна структура-лінійна послідовність АК-залишків у поліпептидному ланцюгу.
Вторинна структура-просторова структура, що утворюється в результаті укладання поліпептидного ланцюга певним чином:
-на одном витке и СО-на другом.
α-спіраль-водневі зв'язки між NH-на одному витку і СО-на іншому.β-спіраль-водневі зв'язки між паралельними шарами
Хоча ці зв'язки не дуже міцні, їх багато → міцний зв'язок
Третинна структура-трухмерная структура, утворюється за рахунок взаємодії між радикалами АК, які можуть розташовуватися на значній відстані один від одного в поліпептидного ланцюга. Гідрофобні радикали всередині глобули, гідрофільні-на поверхні (визначають розчинність у воді)
Четвертинна структура-характерна для складних білків, складається з 2 і більше поліпептидних ланцюгів, не пов'язаних ковалентними зв'язками, а також для білків, що містять небілкові компоненти. Під 4 структурою розуміється просторове розташування цих компонентів.
5. Способи очищення білків і визначення кінетики ферментативної реакції
Для докладного дослідження фізико-хімічних та біологічних властивостей білків, а також для вивчення їх хімічного складу і структури неодмінною умовою є отримання білків з природних джерел в хімічно чистому, гомогенному стані. Послідовність операцій по виділенню білків зазвичай полягає в наступному: подрібнення біологічного матеріалу (гомогенізація); витяг білків, точніше, переклад білків в розчинений стан (екстракція); виділення досліджуваного білка з суміші інших білків, тобто очищення та отримання індивідуального білка.
Білкові речовини дуже чутливі до підвищення температури і дії багатьох хімічних реагентів (органічні розчинники, кислоти, луги). Тому звичайні методи органічної хімії, застосовувані для виділення тієї чи іншої речовини з суміші (нагрівання, перегонка, сублімація, кристалізація та ін), в даному випадку неприйнятні. Білки в цих умовах піддаються денатурації, тобто втрачають деякі істотні природні (нативні) властивості, зокрема розчинність, біологічну активність. Розроблено ефективні методи виділення білків в «м'яких» умовах, при низькій температурі (не вище 4 ° С), із застосуванням щадних нативну структуру хімічних реагентів.
Перед виділенням білків з біологічних об'єктів (органи і тканини тварин, мікроорганізми, рослини) досліджуваний матеріал ретельно подрібнюють до гомогенного стану, тобто піддають дезінтеграції аж до руйнування клітинної структури.
Успішно застосовується також метод поперемінного заморожування і відтавання тканини, в основі дії якого лежить руйнування клітинної оболонки, викликане кристалами льоду. Для дезінтеграції тканин використовують також ультразвук, прес-методи (заморожений біоматеріал пропускають через дрібні отвори сталевого преса під високим тиском) і метод «азотної бомби», при якому клітини (зокрема, мікробні) спочатку насичують азотом під високим тиском, потім різко скидають тиск - виділяється газоподібний азот як би «підриває» клітини.
Сучасні методи подрібнення тканин зазвичай поєднують з одночасною екстракцією білків з гомогенатов тканин. Більшість білків тканин добре розчинно у 8-10% розчинах солей. При екстракції білків широко застосовують різні буферні суміші з певними значеннями рН середовища, органічні розчинники, а також неіонні детергенти - речовини, що руйнують гідрофобні взаємодії між білками і ліпідами і між білковими молекулами.
З органічних сполук, крім давно застосовуються водних розчинів гліцерину, широко використовують слабкі розчини сахарози. На розчинність білків при екстракції великий вплив робить рН середовища, тому в білкової хімії застосовують фосфатні, цитратні, боратного буферні суміші зі значеннями рН від кислих до слабколужних, які сприяють як розчинення, так і стабілізації білків.
Майже всі органічні розчинники розривають білок-ліпідні зв'язку, сприяючи кращої екстракції білків.
Для одержання з біологічного матеріалу білків в чистому, гомогенному, стані застосовують різні детергенти, що сприяють розщепленню білок-ліпідних комплексів і розриву білок-білкових зв'язків Слід мати на увазі, що детергенти, викликаючи розрив білок-білкових зв'язків, руйнують олігомерних (четвертичную) структуру білків .
Після досягнення повної екстракції білків, тобто перекладу білків в розчинений стан, приступають до поділу - фракціонування суміші білків на індивідуальні білки. Для цього застосовують різноманітні методи: висолювання, теплову денатурацію, осадження органічними розчинниками, хроматографію, електрофорез, розподіл у двофазних системах, кристалізацію та ін
Розчинення білків у воді пов'язано з гідратацією кожної молекули, що призводить до утворення навколо білкової глобули водних (гідратних) оболонок, що складаються з орієнтованих в певній формі у просторі молекул води. Розчини білків відрізняються крайньою нестійкістю, і під дією різноманітних чинників, що порушують гідратацію, білки легко випадають в осад. Тому при додаванні до розчину білка будь-яких водовіднімаючих засобів (спирт, ацетон, концентровані розчини нейтральних солей лужних металів), а також під впливом фізичних факторів (нагрівання, опромінення та ін) спостерігаються дегідратація молекул білка та його випадання в осад.
Висалювання. При додаванні розчинів солей лужних і лужноземельних металів відбувається осадження білків з розчину. Зазвичай білок не втрачає здатності розчинятися знову у воді після видалення солей методами діалізу або гельхроматографіі. Висалювання білків зазвичай користуються в клінічній практиці при аналізі білків сироватки крові та інших біологічних рідин, а також у препаративної ензимології для попереднього осадження і видалення баластних білків або виділення досліджуваного ферменту. Різні білки висаліваются з розчинів при різних концентраціях нейтральних розчинів сульфату амонію. Тому метод знайшов широке застосування в клініці для поділу глобулінів (випадають в осад при 50% насиченні) і альбумінів (випадають при 100% насиченні).
На величину висолювання білків впливають не тільки природа і концентрація солі, але і рН середовища і температура.
Останнім часом найбільшого поширення набули хроматографічні і електрофоретичні методи розділення білків.
Хроматографія. Принцип хроматографії, розроблений в 1903 р. російським вченим М. С. Кольором, заснований на здатності пігментів (або будь-яких інших забарвлених і нефарбованих речовин) специфічно адсорбуватися на адсорбент, укладеному в колонці.
У результаті відбувається поділ аналізованих речовин і їх концентрування в строго певному шарі адсорбенту. Потім через колонку пропускають відповідні елюент, які послаблюють сили адсорбції і виносять з струмом розчину індивідуальні речовини. Останні послідовно збирають в колекторі фракцій (принцип сорбції-десорбції).
Надзвичайно ефективним засобом фракціонування білків із суміші виявилася колонкової хроматографії з гідроксилапатиту, різними іонообмінними смолами і похідними целллюлози в якості носіїв. При виділенні і очищенні білків використовують чотири основних типи хроматографії: адсорбційну, розподільну, іонообмінну та афінності (хроматографія по спорідненості) - відповідно з різними фізичними і хімічними механізмами, що лежать в основі кожного з них. Хроматографія широко застосовується не тільки для виділення білків, але і для поділу безлічі інших органічних і неорганічних речовин, що входять до складу живих організмів.
Адсорбційна хроматографія. Поділ компонентів суміші (зразка) засновано на їх різної сорбуємість на твердому адсорбент. В якості адсорбентів використовують активоване деревне вугілля, гель фосфату кальцію, оксиди алюмінію або кремнію.
Розподільна хроматографія. На відміну від адсорбційної тверда фаза служить тільки опорою (основою) для стаціонарної рідкої фази. Один з типів розподільної хроматографії, як і адсорбційна, здійснюється на колонках, в яких як стаціонарної фази застосовують вологий крохмаль або силікагель.
Різновидом розподільної хроматографії є хроматографія на папері, широко використовувана в біохімічних лабораторіях, у тому числі клінічних, для поділу пептидів, амінокислот і інших речовин.
Іонообмінна хроматографія. Іонообмінні смоли є полімерними органічними сполуками, що містять функціональні групи, здатні залучатися до іонний обмін. Розрізняють позитивно заряджені аніонообменнікі, представлені органічними підставами і амінами, і негативно заряджені катіонообменнік, що містять фенольні, сульфо-або карбоксильні групи. З сильно-і слабоосновних аніонообмінником частіше використовують похідні полістиролу та целюлози. Новітні методи іонообмінної хроматографії, зокрема високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ), широко використовуються у фармакології (при створенні та визначенні лікарських речовин), в клінічній біохімії (при визначенні біологічно активних речовин у фізіологічних рідинах), у біотехнологічних процесах і виробництвах та інших областях: вони дозволяють визначати речовини в нано-, піко-і фемтаграммних кількостях.
Адсорбційна хроматографія (хроматографія по спорідненості). Заснована афінна хроматографія на принципі виборчого взаємодії білків (або інших макромолекул) з закріпленими (іммобілізованими) на носії специфічними речовинами - лігандами, якими можуть бути субстрати або коферменти (коли виділяють будь-якої фермент), антигени (або антитіла), гормони або рецептори і т. д.
Гель-хроматографія. У препаративних цілях, особливо при очищенні білків від домішок, широко використовують метод молекулярних сит, або гель-хроматографію.
Електрофорез. Метод вільного електрофорезу, детально розроблений лауреатом Нобелівської премії А. Тізеліус, заснований на відмінності в швидкості руху (рухливості) білків в електричному полі, яка визначається величиною заряду білка при певних значеннях рН та іонної сили розчину.
Одним з найбільш поширених методів фракціонування білків (як і методів оцінки гомогенності) є диск-електрофорез (від англ. Discontinuous - переривчастий, перемежовується) в поліакриламідному гелі, при якому використовують пари буферних розчинів з різними значеннями рН і різного ступеня пористості гель.
Очищення білків від низькомолекулярних домішок
Застосування в певній послідовності ряду перерахованих методів дозволяє отримати білок в очищеному стані, не позбавлений, однак, деяких домішок солей. Для повного звільнення білків від низькомолекулярних домішок в даний час використовують методи діалізу, гельхроматографіі, кристалізації, ультрафільтрації.
При діалізі застосовують напівпроникні мембрани (целофан, коллодийной плівка), діаметр пор яких варіює в широких межах. Білки, як правило, не дифундують через таку мембрану, в той час як низькомолекулярні речовини легко проникають через неї в навколишнє середовище.
Метод кристалізації білків заснований на досягненні критичної точки початку осадження білка з розчину сульфату амонію при повільному підвищенні температури. Вже отримано сотні кристалічних білків. Однак не всякий кристалічний білок є гомогенним, оскільки при одній і тій же концентрації розчину сульфату амонію можуть кристалізуватися близькі за розмірами і масою різні білки.
Найкращі результати при звільненні білків від низькомолекулярних домішок отримують за допомогою гельхроматографіі та ультрафільтрації. Остання заснована на продавлюванні розчинів білка через спеціальні мембрани, що затримують білкові молекули, що дозволяє не тільки звільнити білкові розчини від низькомолекулярних домішок, але і концентрувати їх.
На заключному етапі виділення і очищення білків дослідника завжди цікавить питання про гомогенності отриманого білка. Не можна оцінювати гомогенність індивідуального білка тільки по одному якомусь фізико-хімічним показником. Для цього користуються різними критеріями. З величезного числа хроматографічних, електрофоретичних, хімічних, радіо-і імунохімічних, біологічних і гравітаційних методів найбільш достовірні результати при визначенні гомогенності білка дають ультрацентрифугирование в градієнті щільності сахарози чи інших в-в.
Кінетика ферментативної реакції-т. е залежність швидкості реакції від її умов, визначається в першу чергу властивостями каталізатора.
Модель Міхаеліса-ментів.
Виходить з того, що спочатку субстрат А утворює з ферментомЕ комплекс, який перетворюється в продукт В, набагато швидше, ніж у відсутності ферменту.
Константа швидкості каталітичної реакції відповідає числу молекул субстрату, що перетворилися на продукт однією молекулою ферменту за 1 сек.
Активність ферменту:
=[А]+Км[А],
[ЕА] / [Є] t = [А] + Км [А],-общая концентрация фермента
де [Є] t-загальна концентрація ферменту=Ккат.
V = Ккат. [ЕА]=Ккат.
V = Ккат. *[А]/Км+[А], [М/с] * [Є] t * [А] / Км + [А], [М / с]-Рівняння Мехаеліса-ментів.
Рівняння містить два параметри, які не залежать від концентрації субстрату [А], але характеризують властивості ферменту.
мах.
1) V мах. = Ккат. - * [Є] t -характеризує ефективність каталізу
2) Км-константа Міхаеліса
= V мах/2 Км=[Е]*[А]/ [ЕА],
Км = [А] при V = V мах / 2 Км = [Є] * [А] / [ЕА],характеризує спорідненість ферменту до субстрату.
Висока спорідненість до субстрату характеризується низькою величиною Км і навпаки.
Все це здійснюється за певних умов (припущеннях):
-Необоротне перетворення ЕА в Е + В
-Досягнення рівноваги м / д Е, А та ЕА
-Відсутність у растроре інших форм ферменту, крім ЕА і Е
6. Механізми окисного і субстратного фосфорилювання
Прикладом субстратного фосфорелірованія можна вважати другий етап гліколізу. Фермент дегідрогіназа ФГА утворює з 3-ФГА фермент-субстратної комплекс, з яким відбувається окислення субстарта і передача електронів і протонів на НАД. У ході окислення ФГА до ФГК у фермент-субстратного комплексу виникає високоенергетична зв'язок) тобто зв'язок з дуже високою вільною енергією гідролізу). Н-фермент отщепляется от субстрата, а к остатку карбоксильной группы субстрата присоединяется неорганический фосфат, причем связь сохраняет значительный запас энергии, освободившийся в результате окисления 3-ФГА.
Далі здійснюється фосфороліз зв'язку з цим, в результаті чого S Н-фермент відщеплюється від субстрату, а до залишку карбоксильної групи субстрату приєднується неорганічний фосфат, причому зв'язок зберігає значний запас енергії, що вивільнилися у результаті окислення 3-ФГА. Високоенергетична фосфатна група передається на АДР і утворюється АТФ. Так каа в даному випадку високоенергетична ковалентний зв'язок фосфату формується прямо на окисляються субстраті, такий процес-субстратних фосфорелірованіе.Процес фосфорелірованія АДР з утворенням АТФ, пов'язаний з перенесенням електронів з транспортної ланцюга мітохондрій отримав назву окислювального. З приводу механізму окисного фосфорелірованія існує 3 теорії: хімічна, механохімічна та хеміосмотічеськой.
Відповідно до хімічної гіпотези в мітохондріях є інтермедіатори білкової природи утворюють комплекси з відповідними відновленими переносниками. В результаті окислення переносника в комплексі виникає високоенергетична зв'язок. При розпаді комплексу до інтермедіатору з високоенергетичною зв'язком приєднується неорганічний фосфат, який потім передається на АДР.
Здатність мітохондріальних мембран до конформаційних змін і зв'язок цих змін зі ступенем енергізація мітохондрій послужила основою для створення механохімічно гіпотез утворення АТФ у ході окисного фосфорелірованія. Згідно з цими гіпотезам енергія, що вивільняється в процесі переносу електронів безпосередньо використовуються для перекладу білків внутрішньої мембрани мітохондрій в нове, багате енергією конформационное стан, що приводить до утворення АТФ. Таким чином, згідно механохимическим гіпотезам, енергія окислення, перетворюється спочатку в механічну енергію, а потім в енергію АТФ.
Хеміосмотічеськой теорія сполучення. Мітчел висловив припущення, що потік електронів через систему молекул переносників супроводжується трансортом іонів Н через внутрішню мембрану мітохондрій. У результаті на мембрані створюється електронно-хімічний потенціал іонів Н, що включає хімічний або осмотичний градієнт і електрохімічний градієнт. Згідно хеміосмотічеськой теорії електрохімічний трансмембранний потенціал іонів Н і є джерелом енергії для синтезу АТФ за рахунок звернення транспорту іонів Н через протонний канал мембранної Н-АТФази.
7. Способи розділення та очищення органічних речовин
Для встановлення складу органічної речовини перш за все необхідно отримати його в досить чистому стані. У залежності від агрегатного стану речовини (тверде, рідке, газоподібне) застосовують різні методи очищення.
Тверді речовини можуть бути звільнені від містяться в них домішок шляхом перекристалізації. У цьому випадку прагнуть знайти розчинник, розчинність в якому очищуваного речовини значно відрізняється від розчинності містяться в ньому домішок. Якщо важко розчинно очищувальних речовин, то воно викристалізовується в чистому вигляді при охолодженні гарячого насиченого розчину, в той час як домішки залишаються в маточному розчині. Якщо важко розчиняються домішки, то викристалізовуються вони, а основна речовина залишається у розчині. У ряді випадків речовина достатньою мірою чистоти може бути отримано тільки в результаті багаторазового перекристалізації, причому найчастіше кращі результати виходять при чергуванні різних розчинників. Іноді речовина містить високомолекулярні або колоїдні забарвлені домішки, які не можуть бути відокремлені звичайної перекристалізацією. Тоді речовина звільняють від домішок кип'ятінням розчинів з адсорбуючими агентами, наприклад з активованим вугіллям.
Для розділення сумішей, у тому числі твердих речовин, останнім часом широкого поширення набув метод хроматографії, основи якого були розроблені М. С. Кольором в 1903-1906 рр.. Якщо метод розділення сумішей шляхом кристалізації заснований на різній розчинності компонентів, то метод хроматографії заснований на різній адсорбуються з компонентів суміші яких-небудь адсорбентом. Іноді ця різниця настільки велика, що, обробивши розчин невеликою кількістю адсорбенту, можна повністю витягти один компонент суміші, залишивши інший в розчині. Однак у більшості випадків відмінність адсорбованих компонентів суміші недостатньо для їх повного поділу при одноразовому обробці розчину адсорбентом. Хроматографічні методи розділення сумішей отримали особливо широке поширення в хімії складних природних з'єднань, тому що багато з цих з'єднань не переганяються без розкладання і важко кристалізуються. Техніка хроматографії швидко вдосконалюється; це особливо відноситься до розподільної хроматографії, зокрема до хроматографії на папері. Так, наприклад, використовуючи метод мічених атомів (радіохроматографія на папері), вдається швидко розділяти дуже малі кількості сумішей.
Рідкі органічні речовини найчастіше розділяють іочіщают перегонкою. Кожне індивідуальне рідке речовина кипить при температурі, при якій тиск його парів досягає величини атмосферного тиску. Для розділення сумішей рідких речовин застосовується подрібнена, або фракціонованого, перегонка, заснована на тому, що пара, що утворюється майже завжди має інший склад, ніж рідка суміш, а саме: зміст речовини з великим тиском пари зазвичай вище в парах, ніж у вихідній суміші, незалежно від того, який склад мала ця суміш. Охолоджуючи відходять пари речовин, послідовно збирають окремі фракції рідин, що містять в різних кількостях Спільні індивідуальні речовини. Піддаючи ці фракції повторною перегонкою, можна виділити з них досить чисті органічні речовини. Найуспішніше це можна здійснити за допомогою так званих ректифікаційних колонок.
Поділ речовин перегонкою відбувається тим легше, чим більше розрізняються парціальні тиску парів поділюваних речовин. Однак у деяких випадках, незважаючи на значну. різницю в точках кипіння чистих речовин, їх суміші не можна розділити перегонкою. Причина цього явища полягає в тому, що деякі речовини утворюють постійно киплячі (азеотропниє) суміші, склад парів яких не відрізняється від складу рідкої фази, в подібних випадках чисте органічне речовина отримують або обхідним шляхом, або видаляють другий компонент постійно киплячій суміші, застосовуючи якісь або інші (хімічні або фізичні) методи. Висококиплячі рідини або такі, які при атмосферному тиску киплять з розкладанням, очищають перегонкою у вакуумі, так як у вакуумі температура кипіння знижується. В даний час для очищення рідких речовин все ширше і ширше застосовується метод хроматографії.
Очищення газоподібних органічних речовин проводиться головним чином шляхом виморожування, фракціонованого випаровування сумішей при низьких температурах, а також за допомогою цілого ряду хімічних операцій, що дозволяють зв'язати наявні в газоподібному речовині домішки. Великі успіхи досягнуті в області поділу газів хроматографічним методом. Завдяки більшій швидкості дифузії газів порівняно з рідинами швидкість пропускання розділяється газу через колонку і розміри гранул адсорбенту можуть бути значно збільшені. При хроматографічному поділі газів використовується також сильна температурна залежність адсорбції. Іноді весь процес ведуть при низькій температурі, іноді-за високої, а в ряді випадків вигідно вводити газову суміш у охолоджену колонку, а потім витісняти компоненти, поступово підвищуючи температуру. Останнім часом все більшого значення набуває газо-рідинна, або газова, хроматографія, що відрізняється тим, що в колонку замість твердого адсорбенту поміщається пористий матеріал, просочений висококиплячому рідиною. Спільні речовини (гази або рідини у випарах вигляді) пропускають через таку колонку в струмі інертного газу (N2, H2, Не). Пари різних речовин затримуються рідкою фазою по-різному, а тому виходять з колонки через різні проміжки часу.
Найпростішим критерієм чистоти кристалічного речовини є точка його плавлення, тому що вже найменші домішки викликають її зниження. Якщо очищають невідому речовину, то його очищення продовжують до тих пір, поки точка плавлення не перестане підвищуватися. При оцінці чистоти рідкої речовини найбільш простим критерієм є постійність його точки кипіння при постійному тиску (при цьому не можна забувати, що постійними температурами кипіння мають також і азеотропниє суміші). Якщо речовина кристалізується при низькій температурі, то найбільш надійним критерієм його чистоти є температура замерзання. Велике значення при оцінці чистоти відомих рідких органічних речовин мають щільність і показник заломлення. Для чистих речовин ці величини при однакових умовах визначення завжди постійні.